煤巷雙巷快速掘進施工工藝

駢麗軍

(山西晉煤集團 沁秀公司坪上煤業有限公司，山西　晉城　048203)

?

·技術經驗·

煤巷雙巷快速掘進施工工藝

駢麗軍

(山西晉煤集團 沁秀公司坪上煤業有限公司，山西晉城048203)

巷道的掘進速度對采掘工作面的正常接替有著直接影響，本文以坪上煤業23041#和23043#雙巷掘進工作面為研究對象，通過對井下工作面的實際觀測和分析，找出了影響回風巷雙巷掘進速度的若干關鍵因素，并提出改變各部分支護方法和優化掘進工藝等措施，同時利用工業工程現場管理知識對工序進行了標準時間制定，提高了煤巷掘進速度。

高瓦斯；雙巷掘進；煤巷；支護形式

巷道快速掘進工藝涉及因素眾多，掘進速度一方面與掘進設備的機械化程度密切相關，另一方面也決定于各工序的銜接緊密程度。當前，我國煤礦綜采的現代化程度日益提高，但同時出現了一系列采掘不平衡的現象。以山西晉煤集團坪上煤業23041#和23043#巷雙巷掘進作業為例，其采掘過程存在高瓦斯、多斷層、煤質松軟等不利工況，因此，掘進速度相對滯后。另外，由于雙巷同時掘進作業，開采工作量大，工序銜接也異常緊張，這已成為制約該礦均衡、高效生產的突出問題。如何提高掘進速度，改善礦井采掘平衡，減少對掘進工序及輔助工藝的影響時間，對于提高井下工作面的綜采效率具有重要意義。

1　煤巷地質概況及掘進施工工藝

1.1煤巷掘進地質概況

坪上煤業有限公司2304(上)綜采工作面主采二疊系下統山西組3#煤層，煤層厚度4.65～6.30 m，平均厚度5.35 m. 23041#和23043#巷主要用于工作面回風。23041#巷南接西輔助進風巷，為雙巷掘進進風巷；23043#巷南接西二回風巷，為雙巷掘進回風巷。23041#巷位于23043#巷西側，雙巷聯絡巷長度50 m. 雙巷沿3#煤層頂板掘進，直接頂為平均厚度5.79 m泥巖，老頂為平均厚度5.03 m細粒砂巖，直接底為平均厚度3.94 m泥巖，毛斷面尺寸為4.2 m×3.1 m，毛斷面積13.02 m2，沿巷道掘進方向3#煤層傾角為2°～18°.巷道支護斷面示意圖見圖1.

圖1　施工斷面示意圖

1.2巷道掘進方式及施工工藝

23041#巷和23043#巷掘進工作面是綜合機械化煤巷掘進，其支護形式采用高強度、大預緊力螺紋鋼錨桿、錨索。在整個掘進作業中，割煤和運料同時進行。而在此過程中，除采煤掘進實現完全機械化外，割煤前的準備工序和割煤后的支護工作仍采用人工操作。具體工作流程為：割煤前準備→割煤與備料同時推進→安全檢查→臨時支護→永久支護。改進施工工藝前的循環作業圖見圖2.

圖2　改進施工工藝前的循環作業圖

2　影響工作面快速掘進的因素

高瓦斯曾是影響23041#巷與23043#巷掘進速度的主要因素，但目前已得到較好治理。通過現場實測和工藝資料查詢，發現當前情況下影響坪上礦雙巷掘進速度的主要因素包括：

1) 采煤掘進作業和支護作業時間不協調，人工操作浪費時間較多，無法充分發揮井下機械掘進設備的效率優勢。

2) 聯絡巷拐彎時掘進速度過慢，運輸設備拆卸頻繁。同時，聯絡巷開口和貫通支護效率過低。

3) 各班組間的工作銜接不順暢，工序布置不合理，作業時間拉長。

4) 需要注意的是，在整個掘進作業中，錨桿支護工序的耗時最長、時效最低，已成為嚴重制約掘進速度的關鍵環節。影響錨桿支護效率的因素包括：

a) 機械掘進過程中，形成的巷道圍面不平整，因此，鉆孔時容易發生跑偏、斷桿等問題。另外，采掘巷道大部分是矩形截面，頂幫面傾斜等也是影響鉆孔速度的主要因素。

b) 頂、幫錨桿施工相互影響，平行作業時間短。采掘過程中，位于同一截面上的頂部和幫部錨桿必須跟緊迎頭，配合施工，但由于兩者的施工操作相互影響，無法在同一截面上同時進行。頂錨桿固定平均需45 min，幫錨桿需要70 min，因此，其在不同截面上的平行作業時間僅25 min.

c) 部分操作人員動作不熟練、不規范，導致錨桿等整體安裝耗時太長。加裝支護時，工藝和標準規定所裝網片、托梁等設備應與頂幫面緊密貼合，若出現頂幫面嚴重不平整等情況時，應進行人工干預，將托梁等折彎，使其貼近煤壁。這一過程對操作人員的技術水平等要求較高，同時也容易出現耗時過長等情況。

d) 幫鉆桿過長，在兩幫同時鉆眼時相互影響。另外，在攪拌不充足或錨固失效時必須補打錨桿，導致重復施工；同時風鉆機械擰緊螺母時，預緊力往往達不到設計要求，需要手動工具擰緊，延長了操作時間。

5) 作業人員對設備操作的熟練程度和維護檢修能力，也是影響工作面快速掘進的因素。

3　提高快速掘進的措施和工藝分析

3.1改進聯絡巷掘進拐彎及貫通加強支護工藝

改進前的聯絡巷掘進拐彎及貫通加強支護主要采用傳統支護工藝，即：第1排用錨索將3組槽鋼連接成“品”字形鎖口，第2排再將2組槽鋼用錨索固定，并一字排開，隨后3排可各打1組槽鋼支護，聯絡巷掘進后5排逐次采用槽鋼聯鎖錨索加強支護。交叉點回風巷道內前后5排共需打注41組槽鋼聯鎖錨索加強支護。

參考相關文獻，對坪上礦的錨索支護方案進行有限元模擬。調整錨索間距值，依次進行計算，通過對結果中應力值進行分析，最后選定了槽鋼聯鎖錨索加強支護的最佳工藝方案，即第1排改由2組槽鋼聯鎖支護，最后各排逐次打1組槽鋼加強支護，交叉點前后5排每隔1排打注1組槽鋼聯鎖錨索共7組。現場實施后，通過對交叉點頂板離層儀的數據收集和統計，并未發現頂板在改變聯絡巷掘進支護工藝后出現異常狀況。

改進后的聯絡巷加強支護由傳統的41組槽鋼縮減至22組，少打19組槽鋼聯鎖錨索。以單組施工時間30 min為例，共計縮短570 min，加強支護效率提高了46.3%.

3.2改進永久支護工藝

1) 掘進過程中，錨桿支護耗時最長，對掘進速度影響最明顯。通過對現場調查和操作流程分析，對幫部錨桿的支護方案進行了有限元模擬。通過對不同幫部錨桿的間距值進行調整和計算，然后對各模擬結果中的應力值對比分析，最后選定將幫部錨桿的間距由原來的0.8 m改為1 m.新方案經模擬顯示可在滿足幫部的穩定性前提下，將每排錨桿數量減少至3根，同時不再需要對鋼筋托梁進行人工彎折，縮短了安裝錨桿的時間，從而極大地提高掘進速度。

2) 在對支護工藝參數優化基礎上，對相關工作人員進行了標準化操作培訓，提高了工人的操作熟練程度，支護效率得到極大提升。

3) 合理安排各道支護工序，加強各工序間協同作業效率，縮短操作時間，增強人員配合，提高生產效率。

3.3人-機操作分析

對掘進面的人-機操作流程進行分析，充分利用其工作時間的交叉性，對傳統的施工工藝進行優化、合并。優化措施如下：利用掘進機在當前周期的工作時間，對下一掘進周期的生產進行提前準備，以此減少等待時間，相關人員可對工作現場的物料和輔助設備等進行整理、調試。改進后的生產周期由原來的120 min降低到96 min，效率提高了20%.

3.4工序和時間的標準化

為提高各工序和人員的工作效率，對現場各工序的作業量、流程等進行了充分而合理的統計分析。最終表明，在相同生產條件下，每個作業循環內，不同班組所消耗的時間存在較大差異，這說明操作人員在具體的施工方法、技術點掌握程度、熟練度等方面存在差異。對于這種情況，首先對掘進過程中各道工序進行了標準化制定，同時對工序內的工時進行標準化分析，改進工序效率的考核方式，最終提高掘進效率。另外，利用了工業工程現場管理方式，即對掘進流程的所有工序進行全面觀測，隨后對各施工動作和方法進行分析；然后對各工序的執行時間進行標準化制定，制定過程中，需要充分考慮實際工況條件及操作人員的生理和心理狀況等，以確定最佳的工序時間。其制定公式為：標準時間=觀測時間×評定系數×(1+寬放率)。

在以上改進基礎上，通過對相關人員進行標準工序的操作流程培訓，可提高其在標準時間下完成各工序的操作速度。

通過以上措施，各工序的操作時間得到了改善，作業循環由原來的4循環變為5循環，掘進機的開機率提高了10%.改善后的作業循環見圖3.

圖3　改善后的作業循環示意圖

4　結　論

1) 通過對聯絡巷開口、貫通點及交叉點加強支護方案的優化，使支護時間整體縮短了570 min，效率提高46.3%，有利于回風巷雙巷快速掘進。

2) 通過有限元模擬分析，對幫部支護參數進行優化調整，確定幫部支護采用1 m間距，在保證幫部穩定的前提下，減少了錨桿總數量，節省了錨桿安裝時間，提高了掘進速度。

3) 利用工業工程現場管理知識，對現場進行了基于人-機分析的標準時間制定，使生產周期由原來的120 min，降低到96 min，作業循環由原來的4循環變為5循環，效率提高20%.

[1]閆利剛.煤巷快速掘進技術研究與應用[J].山東工業技術,2015(24):35-37.

[2]何滿潮,齊干,程騁,等.深部復合頂板煤巷變形破壞機制及耦合支護設計[J].巖石力學與工程學報,2007(5):987-993.

[3]駢麗軍.復合頂板煤巷快速掘進工藝技術探討[J].水力采煤與管道運輸,2015(3):68-72.

[4]陳勇,于新鋒,柏建彪.復合頂板巷道錨桿錨索支護技術探討[J].能源技術與管理,2005(6):6-7.

Construction Technology of Quick Drivage of Double Coal Roadway

PIAN Lijun

Roadway drivage speed directly affects the normal working of mining working face. 23041#and 23043#double coal roadway driving working faces in Pingshang coal are as the research object, through practical observation and analysis of underground face, finds out some factors affecting return airway double coal roadway driving speed. Puts forward measures of changing support form and optimizing driving technology and so on. At the same time using industrial engineering field management knowledge formulates standard time to process. It improves the driving speed in coal roadway.

High gas; Drivage of double coal roadway; Coal roadway; Support way

2016-01-25

駢麗軍(1986—)，男，山西沁縣人， 2009年畢業于太原理工大學，助理工程師，主要從事煤礦采掘方面的技術工作(E-mail)592652621@qq.com

TD263.5+6

B

1672-0652(2016)03-0025-03